基于全内反射显微技术检测光学元件亚表面缺陷的驻波研究(3)
图1.1 TIRM检测原理图
磁光／涡流成像检测技术，是国外在2O世纪9O年代开始研究的新式的无损检测方法。此方法采取的是传统的涡流激励方式，主要用于检测表面缺陷所成的像。MOI法检测速度快、精确，这是此方法最大的优点，而且不需要对表面覆层的杂质进行清除。
科学家在MOI的基础上提出了新的检测方法，是一种涡流由脉冲信号所激励产生，光源为激光，把传统的线圈探头由激光照射被检测物体来取代的方法，即是由磁光／脉冲涡流成像的，它不但适合用于检测金属表面、也适用于检测光学元件的亚表面缺陷，并且具有速度快、精确、可视化这些优点。
高频扫描声学显微技术（HFSAM技术）是一种非破坏性方法，为了获得光学元件的亚表面损伤图像信息，可以利用超声波的穿透特性来实现的。该方法可用于测量因为磨削等加工程序所引入的亚表面损伤缺陷。HFSAM技术主要包括混频器、数据处理模块、声探针、机械调整机构、电信号传输和接收模块和计算机控制这5个部分。
图1.2 HFSAM的声探针
图1.2为利用声探针对样品进行检测的示意图。压电换能器能把射频信号输入进蓝宝石棒里,同时利用压电换能器来检测返回到蓝宝石延时棒上的上表面的超声波。用蒸馏水耦合液浸泡蓝宝石棒,宝石棒下部的凹面能汇聚入射的声波。入射声波的性质与探测深度由蓝宝石棒凹面的几何形状决定。然后通过在X-Y平面内扫描被测样品来得到样品亚表面的HFSAM图像。调整从焦平面到样品的不同深度位置,最终就会得到样品的亚表面缺陷信息。这种HFSAM技术的工作频率范围是从400 MHz至1 GHz。
角度抛光法是用来检测晶体材料在加工后所产生的表面层损伤的深度时最常用的的一种方法。由于此方法很重要，美国材料与实验协会就在1998年将此方法标准化。角度抛光法的本质如图1.3所示，通过一个角度很小的斜面将试件截面上的亚表面损伤的信息放大显示出来。该方法的优点是：高分辨率、样本制作简易、易实现，但局限处在于只能对限定的范围进行检测，而且只适合损伤深度大时。
图1.3 锥度抛光法示意图
美国罗彻斯特大学的光学制造中心根据由确定性微磨所导致的亚表面损伤，研发了一种破坏性测量方法，名为Ball Dimpling。
这个方法是在试件表面抛光斑点用钢球将亚表面损伤充分暴露出来，然后通过测量各种损伤的特征参数来求解出亚表面损伤层的深度。此测量方法如图1.4所示：
图1.4 Dimpling法测量亚表面损伤
Ball Dimpling方法(COM ball method)的优点为：测量速度快、成本低。然而这个方法会导致在测量材质比较软的材料时会出现额外损伤，并且在区分附加损伤与试件原有损伤时有一定的困难。
X射线衍射法是一种非破坏性检测方法，多用于测量由晶体晶格的变形所产生的残余应力。这个方法的原理是：当X射线以一定角度照射到硅片表面时就会出现衍射现象，而这时衍射条纹的位置会随间距的变化而发生变化。然后通过比较在有无残余应力的情况下晶格间距的变化情况，再结合结晶学的相关理论就能够推算出残余应力的数值，如图1.5所示。
X射线衍射法的优点为：无损伤、测量区域可变和重复精度高。
但是此方法也有一定的局限性：即只能检测出材料表层特定深度下的综合内应力，此外，不同种类的X射线对于同一试件的残余应力的测量结果会有不同。
图1.5 X射线法测定应力原理示意图
关于表面完整性的非接触式检测技术的研究, 近些年发展非常迅速, 已经开发出多种基于不同物理原理的无损检测方法。D.A.Lucca、E.Brinksmeier和G.Goch的主题报告“评估表层和亚表层完整性的进展”就比较全面地列出了用于表明表面完整性的各种方法。
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